Zn对Al-Mg-Si合金时效析出相稳定性影响的第一性原理研究

6000系Al-Mg-Si合金综合力学性能优良,具有比强度高、成型性能好、焊后表面质量高、耐腐蚀性好等特点,目前已经广泛应用于制造汽车车身板材。该系合金为可热处理强化合金,可以通过提高合金的时效响应速度,使合金在时效过程中获得尽可能大的强度提升。目前常用的措施是在合金中添加少量的Zn元素来促进时效析出,但Zn对合金时效析出相稳定性的影响却尚不明确。因此,本工作主要采用第一性原理计算的方法,计算了添加Zn的Al-Mg-Si合金中可能形成的Mg-Si相(包括Mg-Si GP区、β″相)和Mg-Zn相(包括Mg-Zn GP区、η′相)的晶格常数、形成焓。其中Mg_(2)Si_(1)Al_(3)、Mg_(2)Si_(3)Al_(6)、AlMg_(4)Si_(6)、Mg_(1)Si_(1)四种可能的Mg-Si GP区晶胞的形成焓从大到小为Mg_(2)Si_(1)Al_(3)、Mg_(2)Si_(3)Al_(6)、AlMg_(4)Si_(6)、Mg_(1)Si_(1),均低于Mg-Zn相的形成焓,说明Mg_(1)Si_(1)结构的GP区最稳定,且在添加少量Zn元素的Al-Mg-Si合金中很难形成Mg-Zn相。随后又进一步计算了Zn原子在Mg_(1)Si_(1)GP区和峰时效态析出相β″相中掺杂前后的晶格常数、形成焓、电子态密度,结果表明Zn原子的掺杂能够降低Mg-Si GP区和β″相的形成焓并提高其共价键强度,从而可能促进时效过程中Mg-Si GP区和β″相的形成,提高合金的时效响应速度。

新型高强韧低淬火敏感性Al-7.5Zn-1.65Mg-1.4Cu-0.12Zr合金

利用传统技术制备新型高强韧低淬火敏感性的Al-7.5Zn-1.65Mg-1.4Cu-0.12Zr合金,研究合金在制备加工以及不同热处理状态下的微观组织和性能。结果表明:该新型合金铸态组织具有枝晶间非平衡共晶相AlZnMgCu相对较少的特点,经过(440℃,12h)+(475℃,24h)双级均匀化处理、挤压变形和(475℃,50～120min)固溶处理后,组织均匀,固溶充分,除弥散分布的Al3Zr粒子外,仅残留有少量的Al7Cu2Fe相颗粒;经过单级、双级和三级时效处理,合金可以获得比较理想的组织和性能:T6态合金的抗拉强度590MPa,电导率20.4MS/m;经T7双级时效处理后,合金的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和电导率分别达到500～550MPa、460～520MPa、17.0%～17.3%和23.4～25.0MS/m;经三级时效处理后,合金的组织和力学性能兼顾了T6和T7两种制度的优势,与T6状态相比,在抗拉强度仅降低3%的情况下,电导率显著增加至23.1MS/m;合金具有低的淬火敏感性,室温水端淬试验测得的淬透深度可以达到120mm以上;新型合金具有优异的室温断裂韧性,其T6态的KIC值明显高于本研究同时制备的7150合金。

喷射成形Al-Fe-V-Si系耐热铝合金的制备工艺和性能

采用喷射成形方法制备了不同成分的Al Fe V Si耐热铝合金 ,对喷射成形工艺参数进行了优化 ,对沉积坯件的热挤压工艺进行了探索 ,对材料的组织进行了分析 ,并对不同成分材料的性能进行了比较。结果表明 :当喷射成形工艺参数选择合理时 ,沉积坯件具有良好的成形性与致密度 ,在随后的热挤压过程中 ,通过较低的挤压比即可使材料达到全致密 ;沉积坯件热挤压温度的降低有利于使材料获得更高的力学性能 ;同时 ,通过对合金成分的优化 ,可以获得加工和使用性能更加优良的Al Fe V

Al-Zn-Mg-Cu合金的淬火敏感性

采用分级淬火试验方法,结合对合金峰时效态硬度、淬火态电导率的测试,拟合得到新型Al-7.5Zn-1.7Mg-1.4Cu-0.12Zr合金的温度—时间—性能(TTP)曲线,并与传统的7B04和7150合金进行比较。结果表明:新型合金的TTP曲线鼻温大约在290℃,其孕育期约为4.5 s,与同等条件下制备的7150合金(320℃,2.6 s)和7B04合金(335℃,0.1 s)相比,其TTP曲线的鼻温最低,对应的孕育期最长,反映出新型合金过饱和固溶体的稳定性最高,具有最低的淬火敏感性。进一步的TEM分析表明,随着鼻温附近保温处理时间的延长,合金内部的淬火脱溶析出现象不断加剧。淬火诱导脱溶η相优先在(亚)晶界上形核析出,在晶内依附于已存在的Al3Zr弥散相粒子形核析出;时效后,在这些粗大η相周围形成一定宽度的无沉淀析出带。合金的成分及组织形态影响和决定着合金的淬火敏感性;新型合金淬火可以适当降低冷却速度以减小残余应力。

高强韧低淬火敏感性7XXX系铝合金的发展

高强韧低淬火敏感性7XXX系铝合金,是满足航空工业当前及未来发展对厚截面整体式结构件制造紧迫需求的必然选择,是当前世界各国在航空铝合金材料研发方面的热点和重点。近年来,美欧等发达国家开创了以7085合金为代表的新一代高强韧低淬火敏感性7XXX铝合金材料体系;我国也成功开发出了一种具有完全自主知识产权、综合性能优异的高强韧低淬火敏感性铝合金材料。详细介绍了国内外高强韧低淬火敏感性7XXX系铝合金的特征、发展历史和现状,并总结了其未来发展方向。在厚截面铝合金材料的设计和生产过程中,通过成分优化设计和组织控制以最大可能地降低合金的淬火敏感性,是发展新一代高强韧低淬火敏感性铝合金材料的必由之路。

喷射成形技术制备高性能铝合金材料

采用喷射成形技术制备了过共晶Al-Si系高强耐磨铝合金和Al-Zn系(7000系)超高强铝合金,并对上述喷射成形材料的组织、性能进行了研究。结果表明,喷射成形材料与传统铸造材料或铸造变形加工材料相比,基体组织被显著细化、析出相尺寸更为细小且分布更加均匀、各种析出相的宏观和微观偏析得到了有效控制,从而使其各项力学性能得到了明显的提高。还同时介绍了上述喷射成形高性能铝合金在工业发达国家中的大规模应用情况,以及我国的应用开发现状。

Al-Pb系轴瓦合金的雾化沉积制备技术研究

用雾化沉积工艺方法制备了Ａｌ８Ｐｂ４Ｓｉ１．５Ｓｎ１Ｃｕ合金板坯，并与铝箔一起进行轧制复合试验。金相及ＳＥＭ观察表明：在沉积态ＡｌＰｂ合金中，富铅相颗粒细小且分布均匀，不存在宏观偏析；经过复合轧制后，铝箔与沉积态ＡｌＰｂ合金的基体之间不存在明显界面，形成了良好的界面结合。

残余热应力对Si_3N_4/金属钎焊接头性能的影响

利用Ｘ射线衍射微区应力测定及剪切断裂实验方法研究了Ｓｉ３Ｎ４／金属钎焊接头中的残余热应力分布，分析和讨论了残余热应力对接头断裂形式及强度的影响。结果表明，在Ｓｉ３Ｎ４／金属钎焊接头中由于残余热应力的作用，使断裂常常发生在Ｓｉ３Ｎ４一侧。本实验通过选用热膨胀系数与Ｓｉ３Ｎ４相近的金属进行钎焊，结果可以有效地降低接头中的残余热应力，提高接头强度。另外，钎焊界面上Ｃｕ应力缓解层的加入也有利于使接头中残余热应力进一步降低。

雾化沉积棒坯的生长机制研究

利用计算机数值模拟技术与实验相结合，研究了喷射成型过程中棒坯的生长机制。结果表明:在雾化沉积棒坯过程中，当工艺参数合适且接收器后退速度＜ ·ｃｏｓф 时，在经过一个瞬时区域后，沉积态棒坯将以等直径的方式生长．在其它工艺参数恒定的条件下，调整接收器的后退速度 ，可制备出不同直径的沉积态棒坯．在结束阶段，随着中间包内金属熔体液面高度的降低，熔体质量流率不断减少，喷射轴中心的喷雾密度函数 ａ下降，此时。

Si_3N_4/金属扩散焊接头的残余热应力有限元分析

采用弹塑性有限元方法，计算了以纯铝为中间层材料，通过真空热压扩散焊获得的Ｓｉ３Ｎ４／金属接头中的残余热应力分布。接头中Ｓｉ３Ｎ４一侧外表面、特别是四条棱边处具有比其内部高的张应力，在所计算试样中距焊缝０７５ｍｍ处张应力值最大。接头断裂应首先产生在这些位置。

水泥基复合材料表面化学镀镍

研究水泥基复合材料上化学镀镍层的内应力对镀层与基体结合力的影响以及结合力的主要来源,并通过这种研究寻找出良好的化学镀镍工艺,为 MDF 水泥基复合材料的表面化学镀镍工作打下了基础。

喷射成形技术及应用开发研究

喷射成形技术是一种快速凝固近终成形材料制备新技术,其最突出的创新点在于,把液态金属的雾化(快速凝固)和雾化熔滴的沉积(熔滴动态致密固化)自然地结合起来,在一步冶金操作中完成,以最少的工序,直接从液态金属制取具有快速凝固组织、整体致密、接近零件实际形状的高性能材料或半成品坯件。利用这项技术,不仅可以制备出许多高性能的新材料,而且可以大幅度提高传统材料的性能,同时又不明显地增加材料的制备成本,容易获得较高的产量,因此,喷射成形技术对于冶金材料制备行业来讲,有着广泛的适应性,是标志着材料制备技术更新换代的一种新型技术手段,在国际上,与半固态加工。

喷射成形技术的产业化现状及应用发展方向

综述了喷射成形（Ｏｓｐｒｅｙ） 技术在国内外的产业化现状， 并根据喷射成形技术的特点， 探讨了国内喷射成形技术的几个重要应用发展方向。

我国铝加工业之现状及未来发展

一、我国铝加工业发展最快的10年 进入21世纪后的10年，是中国铝加工业发展最快的10年。伴随着我国国民经济的发展，全社会对铝加工业发展前景的看好，产业投资资金的不断涌入，大批生产线的新建及改造投产，我国铝加工材的生产能力与实际产量不断扩大，

我国航空铝合金产业发展战略研究

航空铝合金作为航空器机体结构中最重要的结构材料之一,是我国国防科技工业发展、现代化经济体系建设、深入实施制造强国战略的重要物质基础。当前国际上已发展形成高强高韧铝合金、高比强/高比模铝合金、含钪高性能铝合金等三类主要航空铝合金体系,新一代高性能合金研究、高灵活度制备加工以及数据驱动的高效合金设计是主要的发展趋势。当前我国航空铝合金产业与国际发达国家总体“并跑”、部分“跟跑”,特别是在日趋复杂的国际国内宏观形势下,发展机遇与挑战并存,自主创新能力难以支撑航空铝合金材料创新引领、部分品种材料及装备“卡脖子”问题突出、产品国际市场竞争力不足、测试和应用数据积累及过程管控等基础体系能力短板尚存等问题更为突出。需从航空铝合金材料竞争力提升、新材料研发先行、高效上下游合作研发、新材料应用推广、材料指标和应用指标评价体系建立等方面发力,提升我国航空铝合金产业创新发展水平。

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的研究现状与发展趋势

分析了近年来超高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的成分设计、工艺优化、显微组织分析、力学性能测试及微量元素的作用,对今后的发展动向提出了一些新的看法:采用传统铸造技术得到的铝合金,Zn含量的最大值在8wt％左右,抗拉强度低于700MPa;采用喷射成形技术,Zn含量最大值能够超过12wt％,同时抗拉强度可达800MPa以上,大大提高了铝合金的强度;超高强度铝合金的固溶强化相主要为MgZn_2相;经回归时效处理(RRA)后,合金同时具有T6的强度和T7X的抗应力腐蚀性能;微量元素对超高强度铝合金的组织和性能具有显著的影响。

喷射成形Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的组织与性能

利用喷射成形工艺制备了Al Zn Mg Cu系高强铝合金材料 ,研究了热挤压工艺与热处理工艺对材料微观组织与力学性能的影响。在峰时效的情况下材料表现出了高的力学性能指标 ,抗拉强度达到 75 4MPa ,屈服强度达到 72 2MPa ,断裂延伸率达到 8% ,与采用传统铸造变形工艺制备的同类合金相比 (σb≥ 6 10MPa,σ0 .2 ≥ 5 80MPa ,δ≥ 4% ) ,性能有了明显的提高。合金性能的提高与其基体中呈弥散分布的Mg7Zn3 相有很大的关系 。

热处理对喷射成形超高强Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的影响

研究了2种不同热处理方式对喷射成形超高强度Al Zn Mg Cu系铝合金的显微组织和力学性能的影响。观察了沉积态、挤压态、固溶及时效处理后样品的显微组织,对经时效处理的样品进行了力学性能测试。结果表明:沉积态合金晶粒均匀细小;挤压态合金存在大量的第二相颗粒,为富铜相;固溶处理后,合金出现了再结晶现象。在T6条件下,采用常规470℃单级固溶和时效处理,其抗拉强度仅为710MPa,延伸率为6.5%;采用双级固溶和时效处理,其抗拉强度超过800MPa,延伸率达到9.3%。

7050铝合金淬火特性与微观组织

采用温度数据采集系统采集得到盐浴炉等温保温过程中试样的温度变化曲线,通过硬度和电导率测试测定7050铝合金的时间-温度-性能（TTP）曲线。采用透射电镜和热分析仪对7050铝合金进行显微组织观察和分析。结果表明：合金TTP曲线鼻温大约在320℃,孕育期约为1.7 s。合金的淬火敏感温度区间为230~410℃,且在此温度区间内,合金硬度随时间的延长而迅速下降。等温保温过程中,合金晶内淬火平衡η相主要依附于晶内Al3Zr等弥散相和细小Al2Cu相形核长大;且随着保温时间延长,淬火析出相的体积分数逐渐增加,晶界析出相趋向于连续分布,无析出带逐渐宽化。等温保温合金经时效后,晶内析出GPⅡ区及η-相数量随着等温保温时间的延长逐渐减少,使得合金性能降低,合金表现出一定淬火敏感性。

CuCr25触头材料的喷射成形制备及其组织分析

研究了CuCr2 5合金的快速凝固喷射成形制备工艺 ,考察了喷射成形过程中各工艺参数对沉积坯件成形性的影响 ,观察和对比了喷射成形、真空熔铸和真空浸渗 3种不同工艺制备的触头材料的显微组织。结果表明 :喷射成形制备的材料具有典型的快速凝固组织 ,合金化状况良好 ,微观组织均匀 ,Cr析出相细小并弥散地分布在Cu基体中 ,Cr颗粒尺寸大约为 3～ 10 μm。这将大幅度提高材料的耐电压、抗电击穿等电学性能。